数字电子技术课程设计报告指导书-广东工业大学

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1、数字电子技术课程设计指导书 第二版 物理与光电工程学院 电工电子部 2009 年 4 月 1 日拟制 2013 年 5 月 6 日排版 目 录 1 1数字电子技术课程设计的目的与意义数字电子技术课程设计的目的与意义1 1 2 2数字电子技术课程设计的方法和步骤数字电子技术课程设计的方法和步骤1 1 2.1设计任务分析 1 2.2方案论证 1 2.3方案实现 2 2.3.1单元电路设计.2 2.3.2参数计算.2 2.3.3器件选择.2 2.3.4安装调试.3 3 3数字电子技术课程设计题目（数字电子技术课程设计题目（A-EA-E 任选一题）任选一题） 3 3 3.1选题 A：功能数字钟的电路设

2、计.4 3.1.1设计目的.4 3.1.2设计任务与要求.4 3.1.3选做.4 3.1.4数字钟的基本原理及电路设计.4 3.1.5设计要点.8 3.2选题 B：交通灯控制电路设计.8 3.2.1设计目的.8 3.2.2设计任务与要求.8 3.2.3交通灯控制电路基本原理及电路设计.9 3.2.4设计要点12 3.3选题 C：简易数字频率计电路设计12 3.3.1设计目的12 3.3.2设计任务与要求13 3.3.3数字频率计基本原理及电路设计13 3.3.4调试要点17 3.4选题 D：洗衣机控制电路设计18 3.4.1设计目的18 3.4.2设计任务与要求18 3.4.3洗衣机控制电路原

3、理及电路设计18 3.4.4调试要点21 3.5选题 E：四人智力竞赛抢答器21 3.5.1设计目的21 3.5.2设计任务与要求21 3.5.3四人智力竞赛抢答器电路原理及设计22 3.5.4设计要点24 附：课程设计的考核办法（附：课程设计的考核办法（2008-102008-10）2626 图 图 1数字钟整机逻辑图.5 图 2石英晶体振荡电路.6 图 3校时电路.7 图 4交通灯控制器结构图.9 图 5交通灯控制状态转换图10 图 6数字频率计原理图14 图 7555 多谐振荡电路 15 图 8数字频率计逻辑控制电路16 图 9数字频率计报警电路17 图 10 洗衣机电机运转18 图 1

4、1 洗衣机控制电路原理图19 图 12 洗衣机电机驱动电路19 图 13 四人智能抢答器原理图23 表 表 1信号灯译码电路真值表11 表 2驱动电路控制表20 表 3锁存编码真值表23 1数字电子技术课程设计的目的与意义 电子技术是一门实践性很强的课程，加强工程训练，特别是技能 的培养，对于培养工程人员的素质和能力具有十分重要的作用。在电 子信息类本科教学中，电子技术课程设计是一个重要的实践环节，它 包括选择课题、电子电路设计、组装、调试和编写总结报告等实践内 容。通过课程设计要实现以下两个目标：第一，让学生初步掌握电子 线路的试验、设计方法。即学生根据设计要求和性能参数，查阅文献 资料，收

5、集、分析类似电路的性能，并通过组装调试等实践活动，使 电路达到性能指标；第二，课程设计为后续的毕业设计打好基础。毕 业设计是系统的工程设计实践，而课程设计的着眼点是让学生开始从 理论学习的轨道上逐渐引向实际运用，从已学过的定性分析、定量计 算的方法，逐步掌握工程设计的步骤和方法，了解科学实验的程序和 实施方法，同时，课程设计报告的书写，为今后从事技术工作撰写科 技报告和技术资料打下基础。 2数字电子技术课程设计的方法和步骤 设计一个电子电路系统时，首先必须明确系统的设计任务，根据 任务进行方案选择，然后对方案中的各部分进行单元的设计、参数计 算和器件选择，最后将各部分连接在一起，画出一个符合设

6、计要求的 完整系统电路图。 2.1设计任务分析 对系统的设计任务进行具体分析，充分了解系统的性能、指标内 容及要求，以便明确系统应完成的任务。 2.2方案论证 这一步的工作要求是把系统的任务分配给若干个单元电路，并画 出一个能表示各单元功能的整机原理框图。 方案选择的重要任务是根据掌握的知识和资料，针对系统提出的 任务、要求和条件，完成系统的功能设计。在这个过程中要用于探索， 勇于创新，力争做到设计方案合理、可靠、经济、功能齐全、技术先 进，并且对方案要不断进行可行性和优缺点的分析，最后设计出一个 完整框图。框图必须正确反映系统应完成的任务和各组成部分功能， 清楚表示系统的基本组成和相互关系。

7、 2.3方案实现 2.3.1 单元电路设计 单元电路是整机的一部分，只有把各单元电路设计好才能提高整 体设计水平。每个单元电路设计前都需明确本单元电路的任务，详细 拟订出单元电路的性能指标，与前后级之间的关系，分析电路的组成 形式。具体设计时，可以模仿成熟的先进电路，也可以进行创新或改 进，但都必须保证性能要求。而且，不仅单元电路本身要设计合理， 各单元电路间也要相互配合，注意各部分的输入信号、输出信号和控 制信号的关系。 2.3.2 参数计算 为保证单元电路达到功能指标要求，就需要用电子技术知识对参 数进行计算。例如，放大电路中各阻值、放大倍数的计算；振荡器中 电阻、电容、振荡频率等参数的计

8、算。只有很好地理解电路的工作原 理，正确利用计算公式，计算的参数才能满足设计要求。 2.3.3 器件选择 阻容元件的选择：电阻和电容种类很多，正确选择电阻和电容是 很重要的。不同的电路对电阻和电容性能要求也不同，有些电路对电 容的漏电要求很严，还有些电路对电阻、电容的性能和容量要求很高。 例如滤波电路中常用大容量铝电解电容，为滤掉高频通常还需并联小 容量瓷片电容。设计时要根据电路的要求选择性能和参数合适的阻容 元件，并要注意功耗、容量、频率和耐压范围是否满足要求。 分立元件的选择：分立元件包括二极管、晶体三极管、场效应管、 光电二（三）极管、晶闸管等。根据其用途分别进行选择。选择的器 件种类不

9、同，注意事项也不同。例如选择晶体三极管时，首先注意是 选择 NPN 型还是 PNP 型管，是高频管还是低频管，是大功率还是小功 率，并注意管子的参数是否满足电路设计指标的要求。 集成电路的选择：由于集成电路可以实现很多单元电路甚至整机 电路的功能，所以选用集成电路来设计单元电路和总体电路既方便又 灵活，它不仅使系统体积缩小，而且性能可靠，便于调试及运用，在 设计电路时颇受欢迎。集成电路有模拟集成电路和数字集成电路。国 内外已生出大量集成电路，其器件的型号、原理、功能、特征可查阅 有关手册。选择的集成电路不仅要在功能和特性上实现设计方案，而 且要满足功耗、电压、速度、价格等多方面的要求。 2.3

10、.4 安装调试 安装与调试过程应按照先局部后整机的原则，根据信号的流向逐 块调试，使各功能块都要达到各自技术指标的要求，然后把它们连接 起来进行统调和系统测试。调试包括调整与测试两部分，调整主要是 调节电路中可变元器件或更换器件，使之达到性能的改善。测试是采 用电子仪器测量相关点的数据与波形，以便准确判断设计电路的性能。 装配前必须对元器件进行性能参数测试。根据设计任务的不同，有时 需进行印制电路板设计制作，并在印制电路板上进行装配调试。 3数字电子技术课程设计题目（A-E 任选一题） 3.1选题 A：功能数字钟的电路设计 数字钟是采用数字电路实现“时” 、 “分” 、 “秒”数字显示的计时

11、装置。钟表的数字化在提高报时精度的同时，也大大扩展了它的功能， 诸如定时自动报警、按时自动打铃、时间程序自动控制、定时广播、 定时启闭路灯等。因此，研究数字钟及扩大其应用，有着非常现实的 意义。 3.1.1 设计目的 （1）掌握数字钟的设计、组装与调试方法。 （2）熟悉集成电路的使用方法。 3.1.2 设计任务与要求 （1）时钟显示功能，能够以十进制显示“时” 、 “分” 、 “秒” 。 （2）具有校准时、分的功能。 （3）整点自动报时，在整点时，便自动发出鸣叫声，时长 1s。 3.1.3 选做 （1）闹钟功能，可按设定的时间闹时。 （2）日历显示功能。将时间的显示增加“年” 、 “月” 、

12、“日” 。 3.1.4 数字钟的基本原理及电路设计 一个具有计时、校时、报时、显示等基本功能的数字钟主要由振 荡器、分频器、计数器、译码器、显示器、校时电路、报时电路等七 部分组成。石英晶体振荡器产生的信号经过分频器得到秒脉冲，秒脉 冲送入计数器计数，计数结果通过“时” 、 “分” 、 “秒”译码器译码， 并通过显示器显示时间。数字钟的整机逻辑框图，如图 1 所示。 译码显示电路 时计数器分计数器秒计数器 校时电路报时电路多级分频器 振荡器 图 1数字钟整机逻辑图 3.1.4.1 振荡器 石英晶体振荡器的特点是振荡频率准确、电路结构简单、频率易 调整，它是电子钟的核心，用它产生标准频率信号，再

13、由分频器分成 秒时间脉冲。用反相器与石英晶体构成的振荡电路如图 2 所示。利用 两个非门 G1 和 G2 自我反馈，使它们工作在线形状态，然后利用石英 晶体 Z1来控制振荡频率。振荡器振荡频率的精度与稳定度基本上决 定数字钟的准确度，晶振频率越高，计时准确度越高。目前常见的石 英晶振频率是 4MHz 时，则振荡器输出频率为 4MHz。 G2G1 R1 1K R2 1K C1 0.01F Z1 4MHZ C2 10pF 图 2石英晶体振荡电路 振荡器还可以采用 555 时基电路代替。 3.1.4.2 分频器 时间标准信号的频率很高，要得到秒脉冲，需要分频电路。例如， 振荡器输出 4MHz 信号，

14、可通过 D 触发器（如 74LS74）进行 4 分频变 成 1MHz，也可以将 10 分频计数器 74LS160（或 74LS90）行 4 分频变 成 1MHz，然后送到 10 分频计数器 74LS160（或 74LS90） ，经过 6 次 10 分频而获得 1Hz 的方波信号。 3.1.4.3 计数器 整个计数器电路由秒计数器、分计数器、时计数器串接而成。秒 计数器和分计数器各自由 一个十进制计数器和一个六进制计数器串接组成，形成两个六十 进制计数器。时计数器可由两个十进制计数器串接并通过反馈接成二 十四制计数器。 3.1.4.4 译码器 译码器由六片 74LS247（或 74LS48）组成

15、，74LS247 驱动器是与 8421BCD 编码计数器配合用的 7 段译码驱动器。一片 74LS247 驱动一 只数码，72LS247 是集电极开路输出，为了限制数码管的导通电流， 在 72LS247 的输出与数码管的输入端之间均应串有限流电阻。 3.1.4.5 显示器 本系统用七段发光数码管来显示译码器输出的数字，发光数码管 有两种：共阳极或共阴极。74LS247 驱动器是低电平输出，采用共阳 极数码管。 3.1.4.6 校时电路 刚接通电源或走时不准时，都需要进行时间校准。实现校时电路 的方法有很多，采用基本 R-S触发器构成单脉冲发生器是其中的一种，电路如图 3 所示。 图 3校时电路

16、 &G1 &G1 SBRR 5V QQ 3.1.5 设计要点 （1）画出整个系统的电路图，并列出所需器件清单。 （2）采购器件，并按电路图接线，认真检查电路是否正确，注 意器件管脚的连接， “悬空端” 、 “清零端” 、 “置 1 端”要正确处理。 （3）调试振荡器电路，用示波器观察振荡频率输出。 （4）将振荡输出频率送入各分频器，观察其输出频率是否符合 设计要求。 （5）检查各级计数器的工作情况。 （6）查校时电路的功能是否满足校时要求。 （7）分频器和计数器调试正常后，观察电子钟是否正常准确地 工作。 3.2选题 B：交通灯控制电路设计 由一条主干道和一条支干道的汇合点形成十字交叉路口，为确保 车辆安全、迅速地通行，在交叉路口的每个入口处设置了红、绿、黄 三色信号灯。红灯亮禁止通行；绿灯亮允许通行；黄灯亮则给行驶中 的车辆有时间停靠在禁行线内。实现红、绿灯的自动指挥对城市交通 管理现代化有着重要的意义。 3.2.1 设计目的 （1）掌握交通灯控制电路的设计、组装与调试方法。 （2）熟悉数字集成电路的设计和使用方法。 3.2.2 设计任务与要求 （1）用红、绿、黄三色发光二极